Qos基本原理+园区网络

解决网络拥塞最直接就是增加带宽，但是费钱。可以用Qos解决
Qos( Quality of Service) 设置不同流量不同优先级

1. QoS技术概述

延迟 v.s. 延迟抖动

延迟 vs 延迟抖动

延迟：指一个数据包从源端传输到目的端所需要的时间。延迟是一个静态的值（假设网络条件不变），通常可以通过网络路由、物理距离等来测定。例如，一个数据包从A到B需要100毫秒，这就是延迟。
延迟抖动：指多个数据包的延迟在不同时间段的波动。例如，数据包1到达B用了100毫秒，而数据包2用了110毫秒，数据包3用了90毫秒，这种延迟的变化就是延迟抖动。

举例说明

假设有一个网络传输应用，比如视频会议或在线游戏，在理想状态下，每个数据包的传输延迟是固定的，比如100毫秒。那么，在这种情况下，延迟抖动是0，因为每个数据包的延迟都是一致的。

现在，假设网络负载变化较大，导致不同的数据包传输延迟发生波动：

数据包1用了100毫秒
数据包2用了120毫秒
数据包3用了80毫秒
数据包4用了110毫秒

在这种情况下，延迟在80毫秒到120毫秒之间波动，延迟抖动为40毫秒（即120 - 80 = 40毫秒）。延迟抖动会导致视频或语音传输中的画面或声音卡顿、延迟等问题，影响用户体验。

延迟和延迟抖动的影响

延迟对传输数据的速度有直接影响，但如果延迟是稳定的，实时应用可以通过调整缓冲区来适应。例如，延迟为100毫秒的语音通话可以通过固定的缓冲时间来保持通话流畅。
延迟抖动则更难处理，因为延迟的不稳定性会导致数据包到达的时间不一致，进而引起语音或视频卡顿。为了减少延迟抖动的影响，通常会引入抖动缓冲，即在接收端将数据包暂时存储，再按固定速率发送出去，从而平滑数据的播放。不过，较大的抖动缓冲会增加整体延迟。

延迟抖动的典型场景

视频会议：如果延迟抖动较大，画面和声音会出现不同步或断断续续的现象，影响会议的质量。
在线游戏：在需要低延迟的游戏中，延迟抖动会导致玩家的动作与服务器的反馈不同步，影响游戏体验。
语音通话：延迟抖动会导致声音不连贯，甚至丢失音节，给用户带来不好的体验。

好的，我来详细解释这三种服务模型，并通过实际应用举例说明它们的特点和区别：

1. Best-Effort Service（尽力而为服务模型）

举例：假设一个用户在高峰时段下载文件或浏览网页，由于Best-Effort服务没有优先级设置，这个用户的数据包可能会因网络拥堵而延迟或丢失，但系统不会进行重传或优化，网络仅“尽力而为”地传输数据。

2. Integrated Service（综合服务模型，简称IntServ）

举例：在一场跨国视频会议中，参与者需要流畅的音视频体验，因此使用IntServ模型。会话开始前，系统会通过RSVP协议预留所需的带宽，确保会议中的视频和音频不会受到其他网络流量的影响，即使网络出现拥堵，也能保持高质量的通信。

3. Differentiated Service（区分服务模型，简称DiffServ）

举例：假设某企业网络内同时运行着VoIP电话、视频会议和员工的网页浏览。网络管理员将VoIP电话和视频会议流量打上高优先级标签，网页浏览流量为中优先级，文件下载为低优先级。当网络拥堵时，交换机会优先转发高优先级的数据包（如VoIP和视频会议），确保这些关键应用的质量，而低优先级的数据包（如文件下载）可能会受到延迟或丢包影响。

这些QoS技术在网络流量管理中起到不同的作用，通常配合使用，形成一条完整的链条，来确保流量在网络中得到合理的控制和分配。以下是每个技术的详细解释和举例说明，帮助你了解它们的作用及如何串联在一起：

1. 流量分类和标记

举例：在一个企业网络中，可以将不同类型的流量分类并打上标记，例如，将VoIP电话流量打上“高优先级”标签，将视频会议打上“中优先级”标签，将普通网页浏览和下载流量打上“低优先级”标签。这样，后续的QoS技术可以根据这些标签来决定优先级、带宽和处理方式。

2. 令牌桶

举例：假设一个网络接口设置了每秒允许1000个数据包的速率。令牌桶每秒生成1000个令牌，当流量保持在这个速率以内时，每个数据包都能获得令牌通过。但如果流量突增到每秒2000个数据包，由于令牌不足，超出的1000个数据包将被丢弃或延迟，确保接口速率不超出设定值。

3. 流量监管

举例：在一个运营商网络中，可以对某些用户的带宽进行监管，例如对每月数据流量超过100GB的用户，限制其网速至1Mbps，以避免超量用户占用过多的网络资源。

4. 拥塞避免

举例：在路由器接口的出口方向使用**加权随机早期检测（WRED）**算法，当网络负载超过80%时，随机丢弃低优先级的数据包，从而降低整体流量，减缓拥塞趋势。WRED可以确保高优先级流量的传输，而丢弃低优先级流量，达到负载均衡的效果。

5. 拥塞管理

举例：在一个企业网络的出口路由器中，将VoIP电话和视频流量放在高优先级队列，网页浏览和文件下载流量放在低优先级队列。当带宽不足时，路由器会优先转发高优先级流量，确保重要业务的质量，而低优先级流量可能会延迟或暂时丢弃。

6. 流量整形

举例：在一个企业出口路由器中，将对外流量控制在20Mbps的速率，避免突发流量影响下游链路的稳定性。如果流量超过20Mbps，路由器会将超出的流量暂存并缓慢发送，保持整体流量的平稳性。

是否在同一链条上

这些QoS技术通常在一条链条上串联，从入口到出口，依次进行流量控制，以确保网络流量符合预期。一个典型的链条可能如下：

流量分类和标记（入口）→ 根据规则为流量打标签。
令牌桶（入口）→ 控制流量速率，防止突发流量。
流量监管（入口）→ 对超额流量采取措施，保护网络资源。
拥塞避免（出口）→ 当检测到拥塞趋势时，主动丢弃低优先级流量。
拥塞管理（出口）→ 使用队列和调度算法，优先处理高优先级流量。
流量整形（出口）→ 平滑流量突发，适应下游网络资源。

通过将这些技术串联在一起，可以实现从入口到出口的全面流量控制和管理，确保网络资源的合理使用并优化用户体验。

6. HQoS介绍

**HQoS（Hierarchical Quality of Service，分层服务质量）**是一种高级QoS管理机制，通过分层结构来实现更精细的流量控制和带宽管理。HQoS在传统QoS的基础上，引入了多个层次的服务质量控制，能够对网络中的流量进行更复杂的分级和调度，从而更有效地满足不同业务的服务质量需求。

HQoS的典型应用场景

运营商网络
在运营商的网络中，HQoS通常用于对不同用户和业务类型进行分层管理。例如，家庭用户和企业用户可能会被分配不同的带宽和优先级，企业用户内部的语音通话、视频会议、数据传输等也会被分层处理，确保语音和视频流量在网络拥塞时优先得到服务。
企业网络
在大型企业网络中，HQoS可以对不同部门、应用和流量类型进行分层管理。例如，企业的语音通话、视频会议和关键业务应用可以设置为高优先级，普通的网络流量（如文件下载）设置为低优先级。HQoS确保在带宽不足时，重要的业务可以优先得到服务，而不会因为低优先级流量影响用户体验。
数据中心
在数据中心中，HQoS用于对不同租户的流量进行控制。每个租户的流量可以划分为不同的层次，例如网络管理流量、应用流量和普通数据流量。HQoS可以确保管理流量和应用流量的优先级，而不被其他低优先级的流量影响，从而保证数据中心的可靠性和稳定性。

园区

生成树（Spanning Tree Protocol, STP）是一种用于防止网络中出现回路的协议。它通过选择出一个网络中的“根桥”（Root Bridge）以及各交换机之间的主路径，形成一棵“生成树”，从而在有环路的交换机网络中构建无环拓扑，确保数据包不会无限循环。

举例说明：

假设我们有三个交换机SW1、SW2和SW3，连接形成一个三角形结构。由于它们之间都有连接，如果没有STP协议，当某台设备发送广播消息时，数据包可能会在交换机之间循环传递，导致网络拥塞，甚至造成网络瘫痪。

生成树的工作流程：

选举根桥：每个交换机会广播一个配置BPDU（Bridge Protocol Data Unit）来竞选“根桥”。BPDU包含优先级和交换机ID。交换机会比较优先级和ID，优先级低的交换机会成为“根桥”。在图中，SW1被选为了根桥。
确定路径：STP根据每个交换机到根桥的路径成本，选择路径成本最低的链路为主链路。每个交换机会有一个“指定端口”连接到根桥，这个端口用于数据传输，其他的连接会被设为非指定端口或备用端口。
阻塞冗余链路：为了避免环路，STP会阻塞多余的端口。例如，在图中，SW2和SW3之间的一条链路被标记为“非指定端口”，因此该链路会被阻塞，不参与数据转发。